JP6954458B2 - 生体試料の中の金属タンパク質の分析方法 - Google Patents
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Description
本発明は、生体試料の中の金属タンパク質の分析方法に係り、特に液体クロマトグラフィー−誘導結合プラズマ質量分析法（ＬＣ−ＩＣＰＭＳ）を用いて生体試料の中の金属タンパク質を分析する分析方法に係る。
微量元素は、植物や動物の体内の生物系において重要な役割を果たしている。近年の研究に示されるように、生体内の金属量はある種の病理要素に関連している。試料から金属元素を検出しその含有量を推定する方法として、ＩＣＰＭＳは高効率で便利な一種である。
生体内において、酵素やポルフィリンなどの生体分子は、金属と結合して金属タンパク質と呼ばれる複合体を形成する。このような複合体に対して、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）と誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰＭＳ）を組み合わせてヒト血清におけるセルロプラスミンを測定する方法（非特許文献１を参照）が知られている。なお、環境研究においてヒ素、スズ、水銀の有機金属化合物も分析されている。
Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｅｒｕｌｏｐｌａｓｍｉｎ ｉｎ Ｈｕｍａｎ Ｓｅｒｕｍ ｂｙ Ｉｍｍｕｎｏａｆｆｉｎｉｔｙ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｓｉｚｅ Ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ−ＩＣＰ−ＭＳ,Ｖｉｏｒｉｃａ Ｌｏｐｅｚ−Ａｖｉｌａ等、《Ｓｐｒｉｎｇｅｒ》、２００４:２４５−４６８
非特許文献１の方法では、ＬＣの移動相として、濃度が５０ｍＭで流速が０.６ｍＬ/ｍｉｎであるＴｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液（トリスヒドロキシメチルアミノメタン−塩酸の混合液）が用いられ、この緩衝液はＩＣＰＭＳ測定に広く使われている。
しかし、非特許文献１に用いられるＴｒｉｓ−ＨＣｌ緩衝液は不揮発性の溶液であり、ＬＣ−ＩＣＰＭＳ分析を行う際に、この緩衝液における溶質は高温のイオン源で不揮発性の固体として析出する。複数回の分析を経ると、上記の固体の累積によりスキマーが塞がり、サンプリングの中断に至る恐れがある。従って、従来技術では、スキマーが塞がることを避けるために、分析の過程において分析を頻繁に中断して装置メンテナンスを行い析出された成分を早めに取り除かなければならない。
オミックス分析は検体数が非常に多く、長い時間に亘って安定で連続的に測定を行うことができる装置と方法が望まれる。しかし、上記の技術案では、頻繁な中断及びメンテナンスによって、一連の多検体分析を行う間に装置のコンディションを一定に保つことができないため、生体試料中の金属タンパク質の測定のデータの信頼性が高くないという課題があった。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、生体試料の中の、生体分子と金属元素が結合した複合体である金属タンパク質の分析方法において、前処理を経た生体試料に対して、液体クロマトグラフィーにより処理し金属タンパク質を分離することと、ＵＶ検出器で前記分離された金属タンパク質を検出することと、前記ＵＶ検出器により前記分離された金属タンパク質を検出した後に、該金属タンパク質を誘導結合プラズマ質量分析法により分析することを含み、そのうち、移動相として酢酸アンモニウム溶液を採用することを特徴とする生体試料の中の金属タンパク質の分析方法を提供する。
上記の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法において、液体クロマトグラフィーは、サイズ排除クロマトグラフィーが好ましい。
上記の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法において、分離された金属タンパク質に対して誘導結合プラズマ質量分析法により分析する前に、ＵＶ検出器で前記分離された金属タンパク質を検出することが好ましい。
上記の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法において、酢酸アンモニウム溶液の濃度は２５〜１００ｍＭが好ましい。
上記の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法において、酢酸アンモニウム溶液のｐＨ値は６〜７が好ましい。
上記の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法において、前処理として免疫アフィニティークロマトグラフィーを用いるのが好ましい。
上記の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法において、対象として好ましい金属元素はＫ、Ｐ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｂ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｔ、Ｃｓ、Ｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｌｉ、又は、Ｂである。
上記の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法において、分離された金属タンパク質に対して、誘導結合プラズマ質量分析法により分析する際に、更にエレクトロスプレーイオン化質量分析法により分析することが好ましい。
本発明の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法を取れば、中断なく連続的に測定を行うことができ、ＬＣ−ＩＣＰＭＳのコンディションを一定に保って、データの信頼性が高い金属タンパク質の測定を行うことができる。
本実施形態の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法は従来技術と同様に、ＬＣ−ＩＣＰＭＳを用いて分析するものである。そのうち、析出された固体が残してスキマーを塞ぐことを避けるために、移動相として揮発性の酢酸アンモニウム溶液を用い、これにより、本発明は頻繁な装置メンテナンスなく連続的に生体試料の分析を行い、分析のコンディションを一定に保ってデータの信頼性を保証できる。
具体的には、本実施形態の分析方法により、まず、生体試料に前処理を行う。前処理においては、免疫アフィニティークロマトグラフィーにより含有量が多いいくつかの種類のタンパク質、例えばアルブミン、ＩｇＧ、トランスフェリン、ＩｇＡ、ハプトグロビン、アンチトリプシンなどを取り除くことが好ましい。これらの大分子タンパク質は、後述するＳＥＣ（サイズ排除クロマトグラフィー）で金属タンパク質と区別できない場合が多く、免疫アフィニティークロマトグラフィーを用いれば、これらのタンパク質による干渉を避けることができる。
その後、液体クロマトグラフィーにより、前処理を経た生体試料を処理し、金属タンパク質を分離する。ＳＥＣを用いて金属タンパク質とフリーな金属元素と分離することができる。
次に、分離された金属タンパク質に対してＩＣＰＭＳで分析し、その種類及び含有量を特定する。本実施形態では、ＩＣＰＭＳの分析を実行する前に、更にＵＶ検出器によりＬＣからの金属タンパク質を検出することが好ましい。このようにする利点として、ＩＣＰＭＳの検出信号が異常に減衰している場合、ＵＶ検出器の検出信号とＩＣＰＭＳの検出信号とを比較することで、ＬＣの故障か、ＩＣＰＭＳの故障、例えばスキマーの閉塞かを判断できる。例えば、ＵＶ検出器の検出結果が正常でＩＣＰＭＳの検出結果が明らかに減衰している場合、ＩＣＰＭＳの故障であると判断できる。一方、ＵＶ検出器とＩＣＰＭＳの検出結果はいずれも異常に減衰している或いは信号がない場合、ＬＣの故障であると判断できる。
なお、ＩＣＰＭＳにより分離された金属タンパク質を分析する際に、同時にエレクトロスプレーイオン化質量分析法（ＥＳＩＭＳ）を用いてこの分離された金属タンパク質を分析することもできる。ＩＣＰＭＳの分析からこの金属タンパク質にどの種類の金属元素が含まれるかは分かる。そして、ＥＳＩＭＳではこの金属タンパク質の分子量を測定できる。両者の組み合わせにより、この金属タンパク質が具体的にどの金属タンパク質であるかを判定できる。
なお、穏やかな条件（生体環境に近い）でＳＥＣを実行することにより、タンパク質を天然状態に保つだけでなく、おおよその分子サイズ情報も提供できる。従って、ＬＣでは酢酸アンモニウム溶液のｐＨ値は６〜７であることが好ましい。
以下に四つの実施例を挙げて、ＬＣ−ＩＣＰＭＳを用いた金属タンパク質の分析方法において酢酸アンモニウム溶液を移動相とする実現可能性及びデータの信頼性を説明する。
[実施例１]
本実施例では、ＦｅとＣｏの２つの元素を測定し、移動相の濃度を１００ｍＭとする。
本実施例では、ＦｅとＣｏの２つの元素を測定し、移動相の濃度を１００ｍＭとする。
生体試料として、それぞれ市販の試料Ａ−−ＳＩＧＭＡ Ｈｕｍａｎ Ｓｅｒｕｍ Ｈ４５２２（Ｆｅ元素を含む）、試料Ｂ−−Ｗａｋｏ Ｃｙａｎｏｃｏｂａｌａｍｉｎ, Ｃ６３Ｈ８８ＣｏＮ１４Ｏ１４Ｐ, ＭＷ １３５５.３８ (ビタミン Ｂ１２, ＶＢ１２)（Ｃｏ元素を含む）とＳＩＧＭＡ Ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ （馬の心臓から取得された）, ＭＷ １７ ｋＤａ（Ｆｅ元素を含む）との混合液を採用する。溶液と接触する部品はいずれも金属を含まない材料で製造する。
本実施例のＬＣ−ＩＣＰＭＳ分析条件は以下の表１−１及び１−２に示す。
分析結果は図１に示す。図１（ａ）は、２８０ｎｍの光の照射においてＵＶ検出器で検出された、試料ＡがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示す。（ｂ）は、ＩＣＰＭＳで検出された、試料ＡがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示す。（ｃ）は、２８０ｎｍの光の照射においてＵＶ検出器で検出された、試料ＢがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示す。（ｄ）は、ＩＣＰＭＳで検出された、試料ＢがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示す。
（ｂ）における２つのピークは二種類の鉄を含むタンパク質を示し、コバルトを含むタンパク質が検出されていない。（ｃ）における２つのピークは試料Ｂにおける２つの成分を意味し、（ｄ）における２つのピークはそれぞれ金属元素のＦｅとＣｏを意味する。
[実施例２]
酢酸アンモニウム溶液を移動相としたＬＣ−ＩＣＰＭＳは、知られている全ての種類の金属タンパク質を分析できる。本実施例において、その中の４７種の金属元素を例に挙げて分析し測定したが、その測定可能な範囲はこれに限られていない。生体試料として試料Ａを採用し、移動相の濃度を１００ｍＭとする。
酢酸アンモニウム溶液を移動相としたＬＣ−ＩＣＰＭＳは、知られている全ての種類の金属タンパク質を分析できる。本実施例において、その中の４７種の金属元素を例に挙げて分析し測定したが、その測定可能な範囲はこれに限られていない。生体試料として試料Ａを採用し、移動相の濃度を１００ｍＭとする。
本実施例の使用機器は実施例１と同じである。ＬＣ−ＩＣＰＭＳ分析条件は以下の表２に示す。
この４７種の元素のＩＣＰＭＳ分析結果を図２〜図４８に示す。
[実施例３]
本実施例では、ＦｅとＣｏの２つの元素を測定する。生体試料として、それぞれ試料Ａと試料Ｂを採用し、移動相の濃度はそれぞれ１００ ｍＭ、５０ ｍＭ、２５ ｍＭとする。
本実施例では、ＦｅとＣｏの２つの元素を測定する。生体試料として、それぞれ試料Ａと試料Ｂを採用し、移動相の濃度はそれぞれ１００ ｍＭ、５０ ｍＭ、２５ ｍＭとする。
本実施例の使用機器は実施例１と同じである。ＬＣ−ＩＣＰＭＳ分析条件は以下の表３に示す。
分析結果は図４９に示す。（ａ）〜（ｃ）は、２８０ｎｍの光の照射においてＵＶ検出器で検出された、試料ＡがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示し、（ａ）〜（ｃ）の移動相の濃度はそれぞれ１００ ｍＭ、５０ ｍＭ、２５ ｍＭである。（ｄ）〜（ｆ）は、ＩＣＰＭＳで検出された、試料ＡがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示し、（ｄ）〜（ｆ）の移動相の濃度はそれぞれ１００ ｍＭ、５０ ｍＭ、２５ ｍＭである。（ｇ）〜（ｉ）は、２８０ｎｍの光の照射においてＵＶ検出器で検出された、試料ＢがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示し、（ｇ）〜（ｉ）の移動相の濃度はそれぞれ１００ ｍＭ、５０ ｍＭ、２５ ｍＭである。（ｊ）〜（ｌ）は、ＩＣＰＭＳで検出された、試料ＢがＬＣを経た金属タンパク質の信号を示し、（ｊ）〜（ｌ）の移動相の濃度はそれぞれ１００ ｍＭ、５０ ｍＭ、２５ ｍＭである。
[実施例４]
本実施例の使用機器は実施例１と同じである。前述したように、酢酸アンモニウム溶液を移動相とすることで、メンテナンスのための中断なく多くの検体の連続分析を実現できる。本実施例は、酢酸アンモニウム溶液を移動相とするときのＩＣＰＭＳのデータの精度を確認するために、フローインジェクションでＩＣＰＭＳ標準試料を３００回以上の連続測定したものである。測定結果を図５０に示す。図５０の測定のＬＣ−ＩＣＰＭＳ分析条件は以下の表４に示す。
本実施例の使用機器は実施例１と同じである。前述したように、酢酸アンモニウム溶液を移動相とすることで、メンテナンスのための中断なく多くの検体の連続分析を実現できる。本実施例は、酢酸アンモニウム溶液を移動相とするときのＩＣＰＭＳのデータの精度を確認するために、フローインジェクションでＩＣＰＭＳ標準試料を３００回以上の連続測定したものである。測定結果を図５０に示す。図５０の測定のＬＣ−ＩＣＰＭＳ分析条件は以下の表４に示す。
図５０（ａ）は、３００回以上の分析において試料注入分析ごとに得られたＩＣＰＭＳクロマトグラムのピーク面積を示し、横軸は注入回数であり、縦軸はピーク面積である。（ｂ）は、この３００回以上の分析において、接続されたＵＶ検出器の検出結果（ピークの高さとピークの面積）を示す。図５０から分かるように、酢酸アンモニウム溶液を移動相として中断しない連続測定を行うことで、データの再現性が良好であるので、信頼性が高い。
一方、表５に示す分析条件において試料Ｂを測定し、異なる注入量におけるクロマトグラムのピーク面積とピーク高さを取得して図５１に示す。図５１（ａ）と（ｂ）はそれぞれＵＶ検出器とＩＣＰＭＳの検出結果であり、（ｃ）〜（ｎ）はそれぞれこの標準試料の検量線である。
図５１から分かるように、紫外線２１０ｎｍ、２８０ｎｍ、ＩＣＰＭＳにおいてそれぞれ検出されたクロマトグラムのピークの高さ及びピーク面積はいずれも良好な直線性を示している（相関係数Ｒ２>０.９９６）。従って、ＬＣ−ＩＣＰＭＳクロマトグラムのピーク面積およびピーク高さで元素量を評価可能である。
Claims (7)
- 生体試料の中の、生体分子と金属元素が結合した複合体である金属タンパク質の分析方法において、
前処理を経た生体試料に対して、液体クロマトグラフィーにより処理し金属タンパク質を分離することと、
ＵＶ検出器で前記分離された金属タンパク質を検出することと、
前記ＵＶ検出器により前記分離された金属タンパク質を検出した後に、該金属タンパク質を誘導結合プラズマ質量分析法により分析することを含み、
そのうち、移動相として酢酸アンモニウム溶液を採用することを特徴とする生体試料の中の金属タンパク質の分析方法。 - 液体クロマトグラフィーは、サイズ排除クロマトグラフィーであることを特徴とする請求項１に記載の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法。
- 酢酸アンモニウム溶液の濃度は２５〜１００ｍＭであることを特徴とする請求項１に記載の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法。
- 酢酸アンモニウム溶液のｐＨ値は６〜７であることを特徴とする請求項２に記載の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法。
- 前処理において免疫アフィニティークロマトグラフィーが用いられることを特徴とする請求項１に記載の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法。
- 金属元素はＫ、Ｐ、Ｎａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｓ、Ｈｇ、Ｐｂ、Ｃｄ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｒｂ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｔ、Ｃｓ、Ｕ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｙ、Ｌｉ、又は、Ｂであることを特徴とする請求項１に記載の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法。
- 分離された金属タンパク質に対して、誘導結合プラズマ質量分析法により分析する際に、更にエレクトロスプレーイオン化質量分析法により分析することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の生体試料の中の金属タンパク質の分析方法。
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